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EMO 2017Hyfra: Intelligente Prozesskühlung für Laser- und Werkzeugindustrie

Hyfra-Kühler mit FleXX-Technologie

Hyfra, Hersteller für industrielle Kühlanlagen, präsentiert seine neue FleXX-Technologie auf der EMO 2017 in Hannover. Auf der jährlichen Messe der Metallbauer im September wird die SPS-gesteuerte FleXX-Technologie erstmals in praktischer Anwendung vorgestellt.

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FertigungstechnikWasserlöslicher Stahl

Wie eine Brausetablette blubbert das Stahlstück in dem heissen Wasser und löst sich langsam auf. Bei der neuen Hermle C 40 Alchemy ist der wasserlösliche Stahl die Grundlage für ein generatives Fertigungsverfahren, das Wege zu neuen Konstruktions- und Fertigungsansätzen in der Bearbeitung von metallischen Werkstücken aufzeigt. SCOPE-Chefredakteur Hajo Stotz hat sich die Maschine angesehen.

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Fertigungstechnik: Wasserlöslicher Stahl

"Evolution" - Der Begriff geht Marketingleuten leicht über die Lippen, aber oft stellt sich die vorgestellte, als evolutionär oder gar revolutionär bezeichnete Neuheit dann als Weiterentwicklung eines allseits bekannten Produkts heraus.

Nicht so bei dem Werkzeugmaschinenhersteller Hermle. Die Vorstellung der C 40 Alchemy leitet Vorstand Dietmar Hermle mit dem schwäbischen Understatement "Das könnte interessant werden" ein, denn im Laufe der Präsentation wird schnell klar: Diese Entwicklung ist eine echte technische Evolution.

Die Maschinenfabrik Berthold Hermle fertigt seit 1957 Fräsmaschinen. Angefangen mit konventionellen Fräsmaschinen, ist der Hersteller heute einer der führenden Anbieter in der 5-Seiten-Bearbeitung und in der 5-Achs-Simultanbearbeitung. Mit der Alchemy-Technologie will Hermle seine Vorreiterrolle in der Frästechnik weiter ausbauen. Eine von der Tochtergesellschaft Innovaris entwickelte Auftragstechnologie wurde mit der C-Baureihe vereint, wodurch Produkte realisiert werden können, welche mit herkömmlichen Methoden bisher unlösbar schienen.

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Über sieben Jahre forschten und entwickelten Markus Dirscherl und sein Team an dem Konzept.

Dierscherl ist Geschäftsführer der Innovaris, die er nach dem Studium mit 25 Jahren 1999 gründete und die 2003 von Hermle übernommen wurde. Innovaris beschäftigt sich mit der Grundlagenforschung sowie der Entwicklung neuer Fertigungs- und Verfahrenstechniken.

Das Ergebnis der Forschungsarbeit wurde Ende April auf der Hermle-Hausaustellung in Gosheim präsentiert: die C 40 Alchemy, eine Kombination aus generativem Auftragsverfahren mit der konventionellen Fräsbearbeitung.

Auf den ersten Blick sieht die Alchemy wie ein kompaktes Bearbeitungszentrum mit Schallschutzverkleidung, integrierter Magazinerweiterung sowie integrierter Absaugung aus. Auffällig ist nur die große Maschinentüre, die eine gute Sicht und Zugängigkeit des Bedieners in den Arbeitsraum erlaubt.

Der Innenraum der Maschine ist mit glatten Edelstahlblechen mit integrierter Beleuchtung versehen. Eine Besonderheit sind die mit einem laminaren Wasservorhang gespülten Wände sowie die mit einer Spülung versehenen Maschinentüre. Zwei unauffällige Details unterscheiden sich jedoch wesentlich von einem üblichen Bearbeitungszentrum. Eine in der Z-Achse (Hauptspindelgehäuse) integrierte Auftragsvorrichtung sowie eine in den Schwenkrundtisch integrierten Tischheizung mit Wärmetauscher.

Diese Auftragstechnologie ermöglicht in Kombination mit der Frästechnik eine neue Dimension an Bauteilkomplexität. Markus Dirscherl: "Selbst bisher nicht für möglich gehaltene Geometrien und Materialkombinationen sind realisierbar. Etwa Kühlkanäle bei Spritzgusswerkzeugen, die damit konturnah hergestellt werden können, und das in Kombination mit einem wärmeleitfähigen Kern aus Kupfer und einem Außenbereich aus Werkzeugstahl. Auch Gradientenwerkstoffe mit einem fließenden Übergang zwischen Aluminium und Stahl sind realisierbar."

Bislang basieren generative Fertigungsverfahren zur Herstellung metallischer Bauteilen auf schmelz-metallurgischen Schweißverbindungen wie z.B. durch Auftragsschweißen oder Sintern im Pulverbett mit Laser oder Elektronenstrahl. Diese Verfahren sind jedoch stark limitiert in den möglichen Materialkombination sowie in der Bauteilgröße. Beim Auftragsschweißen können keine komplexen Geometrien wie Hinterschneidungen oder konturnahe Kühlkanäle realisiert werden. Beim Sintern im Pulverbett können keine Werkstoffkombinationen wirtschaftlich verarbeitet werden, da sonst das teure Sinterpulver vermischt und somit unbrauchbar wird.

Grundlage des neuen generativen Verfahrens ist das wasserlösliche Pulver und die Aufbringung auf ein Werkstück in Verbindung mit hochenergetischem Wasser in Gasform. Sehr vereinfacht beschrieben, wird das Metallpulver von einem Wasserdampfstrahl mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit aufgenommen. Der Metall-/Wasserdampfstrahl tritt durch eine Düse im Abstand von 15 bis 20 cm aus und prallt auf das Werkstück. Dort gehen das aufgeschossene "Wasser-Metall" durch die hohe Geschwindigkeit eine homogene Verbindung zu dem Werkstück-Metall ein.

"Nach dem Entspannungsglühen ist unter dem Schnittbildmikroskop und bei den Materialtests nicht mehr festzustellen, was Werkstückmetall und was aufgetragenes Metall ist", betont Markus Dirscherl. Zu dem geheimnisvollen Metallpulver gibt Dirscherl nur preis: "Das ist das Ergebnis von sieben Jahren Forschung." Etwas mehr Informationen liefert Hermle-Vorstand Franz-Xaver Bernhard: "Das Auftragsverfahren arbeitet mit Metallpulver, wie es etwa für die Herstellung von Sinterbauteilen verwendet wird, und Wasserdampf. Das für die Herstellung von konturnahen Kühlkanälen notwendige Füll-/Trägermaterial ist wasserlöslich und umweltverträglich. Es können im Wesentlichen alle schmiedbaren metallischen Werkstoffe wie zum Beispiel Buntmetalle und Werkzeugstahl verarbeitet werden. Auch die Verbindung von unterschiedlichen metallischen Werkstoffen ist möglich."

Durch die Kombination des neuen Auftragsverfahren und des neuen Werkstoffes mit der konventionellen Fräsbearbeitung können auch sehr komplexe, bislang nicht herstellbare Werkstücke gefertigt werden. Dabei benötigt das Bearbeitungszentrum keine aufwendige Infrastruktur wie Laser oder Brenngase, sondern nur Wasser, Druckluft und Strom. Auch der Kontakt des Bedieners mit dem Metallpulver wird auf ein Minimum reduziert. Die benötigten Metallpulver werden in versiegelten Fässern, die von Hermle geliefert werden, in die Maschine eingesetzt. Die Steuerung - eine Heidenhain iTNC 530 - liest automatisch den integrieren Transponder aus, auf dem z.B. Materialart, Prozessparameter sowie Inhaltsmengen gespeichert sind. Ferner sind durch vertauschungssichere Prozessanschlüsse Fehlbedienungen praktisch ausgeschlossen.

Hermle-Vorstand Bernhard: "Die C 40 Alchemy realisiert Produktprozesse, welche mit herkömmlichen Methoden bisher unlösbar schienen und erzielt dadurch eine zusätzliche Wertschöpfung. Sie stellt einen konsequenten Schritt vorwärts in der Weiterentwicklung vom 3-Achs Fräsen über das 5-Achs Fräsen zur "Innovaris Alchemy Technologie" dar." Tatsächlich könnte die Entwicklung, so auch der Eindruck des Verfassers nach dem auf der Hausausstellung gesehenen, einen ähnlichen Meilenstein in der Fertigungstechnologie darstellen wie einst der Laser - und damit eine echte Evolution.

Hermle stellte die Alchemy auf der Hausaustellung einem ausgewählten Publikum vor, um die Reaktion zu testen. Und die war eindeutig. Bernhard: -Wir haben eine enorme Resonanz erhalten und mit Kunden über viele Anregungen und Möglichkeiten diskutiert. Die Maschine eröffnet uns sicherlich Märkte, an die wir heute noch gar nicht denken.- Auf den Markt kommen soll die Maschine im Frühjahr 2008. Der Preis steht noch nicht fest, doch Markus Dirscherl verspricht: -Eingesetzt zur Fertigung von hochkomplexen Bauteilen oder Werkstücken, die heute in dieser Form noch gar nicht herstellbar sind, wird sich die Investition in die C 40 Alchemy für den Kunde schnell amortisieren.-

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